CN108884998B - 热裂解系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种热裂解系统,包含一进料模块或一固体出料模块,以及一反应炉。进料模块将进料自外界输送至反应炉,且在输送过程中,进料被所述进料模块加热,以致于在进入反应炉前成为熔融状态,阻塞住进料模块内部空间,使外界空气无法进入反应炉。固体出料模块用以将固体出料自反应炉输送至外界。固体出料模块的一端连接到反应炉,而固体出料模块的另一端具有连接到外界的一第一开口。在固体出料持续自反应炉经由固体出料模块被输送到外界的过程中,第一开口的大小用以使固体出料经由第一开口离开所述固体出料模块的速率,不大于固体出料自反应炉进入固体出料模块的速率。本发明的热裂解系统至少具有提高产率以及提升安全性等有益效果。
Description
【技术领域】
本发明是有关于一种热裂解系统,且特别是有关于一种连续进出料抽真空的热裂解系统。
【背景技术】
以下叙述中,用词“先前技术”的意义等同于“传统技术”,相当于英文“prior art”或“conventional technology”,“conventional technique”等。
固体废弃物是最难处理的废弃物,热裂解法处理(含碳氢化合物)固体废弃物,相较焚烧或掩埋,较为环保又可产生极具经济价值的产物:燃料油(液体出料)、可燃气体(气体出料)、碳黑(固体出料)。
连续进料是工业大量生产的需求,但热裂解需要在无氧环境下进行,故固体进料如何做到连续(定义:反应进行时持续进料及和/或出料)又保持主炉气密,是急需解决问题,以实现热裂解处理固体废弃物的商业化。针对此问题,表1与表2说明先前技术的优缺点比较。
表1先前技术热裂解进料
表2先前技术热烈解出料
现有技术的热裂解系统,实施固体废弃物进料的方法为,先将固体废弃物做破碎处理,然后利用密闭式输送设备,如管式螺旋输送机等,输送破碎后的固体进料至反应炉内。欲进行连续进料(也就是在反应进行的同时继续进料),则进料输送设备不可避免地须有一端对外界大气环境保持开放,而另一端对反应炉保持开放。此时,外界空气极易随固体进料一起通过输送设备而进入反应炉,点燃炉内因热裂解反应生成的高温油气,造成气爆的风险。
先前技术提出使用抽真空设备来移除随固体进料进入输送设备的空气,但直到目前为止,尚未有真正成功的方案。
连续进料可提高生产效率,增加废弃物热裂解程序的商业化可行性。因此,如何有效在连续进料时保持反应炉气密,是目前热裂解行业亟需解决的问题。
现有技术的热裂解系统,在实施连续出料上也遇到类似问题:因出料储存装置对外界及反应炉端的阀门不能关闭(常保畅通以连续出料),空气易自外界经过出料口逆行进入反应炉,点燃炉内高温可燃气体,造成气爆的风险。连续出料也是提高生产效率的关键,可增加废弃物热烈解程序的商业可行性。因此,如何有效在连续出料时保持反应炉气密,亦为目前热裂解行业亟需解决的问题。
【发明内容】
有鉴于此,本发明提出一种连续抽真空的热裂解系统,令进料先通过一个真空缓冲区,再进入反应炉。于所述区内所有气体(包括随进料一起进入真空缓冲区的气体,以及原本真空缓冲区内可能存在的任何残存气体)被真空泵抽走,区内成为基本(substantially)真空状态,只余固体进料继续前进至反应炉。其中,“真空缓冲区”可为一实体腔室(physical chamber/enclosure),或是一虚空间(virtual chamber/enclosure)。其定义为:一个因人为抽气而形成的基本为真空(mechanically created substantiallyvacuumed)的立体空间领域(3-D space)。本发明采用连续进料,并且利用真空缓冲区中进行抽真空的方式,具有降低设备成本、降低操作成本、提升产油效率,以及提高安全性等有益的效果。
依据本发明的一方面,提出一种热裂解系统,其特征在于,包含一反应炉、一进料模块,以及一加热装置。进料模块用以将进料自外界输送至所述反应炉。加热装置用以在进料被输送的过程中加热进料。所述进料模块与所述加热装置的配置方式,是使进料在被输送进入所述反应炉前变成熔融状态,并阻塞住所述进料模块内部空间,使空气无法自外界一起进入所述反应炉。
依据本发明的另一方面,提出一种热裂解系统,其特征在于,包含一反应炉以及一固体出料模组。固体出料模块用以将固体出料自所述反应炉输送至外界。所述固体出料模块的一端连接到所述反应炉,而所述固体出料模块的另一端具有连接到外界的一第一开口。在固体出料持续自所述反应炉经由所述固体出料模块被输送到外界的过程中,所述第一开口的大小用以使固体出料经由所述第一开口离开所述固体出料模块的速率,不大于固体出料自所述反应炉进入所述固体出料模块的速率。
【附图说明】
图1绘示一种已知热裂解系统由上游至下游顺序的示意图。
图2A绘示一种已知旋转窑型的热裂解系统的示意图。
图2B绘示一种已知管式炉型的热裂解系统的示意图。
图2C绘示另一种已知旋转窑型热裂解系统的示意图。
图2D绘示另一种已知管式炉型的热裂解系统的示意图。
图3A绘示依照本发明一实施例的进料模组的示意图。
图3B绘示依照本发明另一实施例的进料模组的示意图。
图3C绘示进料输送装置上抽真空口的一种排列方式的示意图。
图3D绘示进料输送装置上抽真空口的另一种排列方式的示意图。
图3E绘示图3A至图3D的热裂解系统中进料输送装置抽真空的方法流程图。
图3F绘示依照本发明一实施例的热裂解系统的示意图。
图3G绘示依照本发明另一实施例的热裂解系统的示意图。
图4A绘示依照本发明又一实施例的进料模组的示意图。
图4B绘示依照本发明再一实施例的进料模组的示意图。
图4C绘示进料输送装置上抽真空口的一种排列方式的示意图。
图4D绘示进料输送装置上抽真空口的另一种排列方式的示意图。
图4E绘示图4A至图4D的热裂解系统中进料输送装置抽真空的方法流程图。
图4F绘示依照本发明又一实施例的热裂解系统的示意图。
图4G绘示依照本发明再一实施例的热裂解系统的示意图。
图5A绘示依照本发明一实施例的进料模组的示意图。
图5B绘示进料模组中进料开始熔融处的示意图。
图5C绘示进料输送装置上抽真空口的一种排列方式的示意图。
图5D绘示进料输送装置上抽真空口的另一种排列方式的示意图。
图5E绘示依据本发明一实施例的前真空缓冲区包含安全阀门的示意图。
图5F绘示图5A至图5E的热裂解系统中进料输送装置抽真空的方法流程图。
图5G绘示依据本发明又一实施例的热裂解系统的示意图。
图5H绘示依据本发明再一实施例的热裂解系统的示意图。
图5I绘示根据本发明另一实施例的热裂解系统的示意图。
图6A绘示依照本发明一实施例的前真空缓冲区的示意图。
图6B绘示图6A的俯视图。
图6C绘示依照本发明另一实施例的前真空缓冲区的示意图。
图6D绘示图6C的俯视图。
图6E绘示依照本发明一实施例的前真空缓冲区的示意图。
图6F绘示依照本发明另一实施例的前真空缓冲区的示意图。
图6G绘示进料输送装置上抽真空口的一种排列方式的示意图。
图6H绘示进料输送装置上抽真空口的另一种排列方式的示意图。
图6I绘示图6E至图6H的热裂解系统中进料输送装置抽真空的方法流程图。
图6J绘示根据本发明一实施例的热裂解系统的示意图。
图6K绘示根据本发明另一实施例的热裂解系统的示意图。
图6L绘示根据本发明又一实施例的热裂解系统的示意图。
图7A绘示一种已知旋转窑型的热裂解系统的示意图。
图7B绘示一种已知管式炉型的热裂解系统的示意图。
图7C绘示一种已知出料储存装置的示意图。
图7D绘示另一种已知出料储存装置的示意图。
图7E绘示又一种已知出料储存装置的示意图。
图8A绘示依照本发明一实施例的后真空缓冲区的示意图。
图8B绘示图3A的后真空缓冲区于操作时的方法流程图。
图8C绘示依照本发明另一实施例的后真空缓冲区的示意图。
图8D绘示依照本发明又一实施例的后真空缓冲区的示意图。
图8E绘示图3D的后真空缓冲区于操作时的方法流程图。
图8F绘示依据本发明一实施例的热裂解系统。
图8G绘示依据本发明另一实施例的热裂解系统。
图8H绘示依据本发明又一实施例所述的热裂解系统。
图8I绘示依照本发明再一实施例的热裂解系统。
图8J绘示依照本发明另一实施例的热裂解系统。
图8K绘示依照本发明又一实施例的热裂解系统。
图9A绘示图8A中出料储存装置上抽真空口的一种排列方式的示意图。
图9B绘示图8C中出料输送装置上抽真空口的一种排列方式的示意图。
图9C绘示图8D中出料输送装置上抽真空口的一种排列方式的示意图。
【具体实施方式】
以下配合附图和本发明的具体实施例,进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。本领域的技术人员可以理解到的是,本发明的具体实施例所提供的方向用语,诸如上、下、左、右、前或后等,仅用于参照随附图式的方向以利说明而非用于限制本发明。除此以外,在未背离本发明的精神和范围,本发明所属技术领域中具有通常知识者可实行为数众多的变更及修改,如此衍生出的实作范例也会落入本发明的范畴中。另外,以下叙述中,“基本为真空(substantially vacuumed)”的定义为,所讨论空间(space atinterest)的氧气浓度不足以令热裂解反应所生成的(高温)可燃气体产生氧化(燃烧)反应。
本发明的发明人发现,先前技术中,欲用抽真空设备解决气密问题却失败的最大原因,是因为对于一堆固体碎片而言,抽气设备只能有效抽吸位于碎片堆表面的空气,深藏于碎片间隙中的空气难以快速地被抽走。若是加大抽气力道,则不可避免地会吸起固体碎片,造成抽气管道堵塞。
本发明因而提出一种固体连续进料的方法:在进料输送设备中将固体进料加热,使其达到熔融状态(melted),据此令固体碎片彼此连结起来成为连续态,而关闭碎片间隙,迫使存在碎片间隙中的空气也彼此聚集成为较大的气泡,方便抽真空设备抽走。
本发明中,熔融状态的定义为,固体进料受热后温度已令本身无法再维持原本的固定形状。换句话说,固体进料已因本身温度过高而成为不规则状。随熔融程度不同,已形变的固体进料会具有不同的流动性质;一般来说,熔融程度愈高,已形变的固体进料其流动性愈高。
进料本身必须为热塑性材料(thermoplastic material),如塑料、橡胶等,或是至少主要成分为热塑性材料。
于一实施例中,固体进料的熔融程度选择为:所述熔融态物质堵塞住进料输送管道,使后续伴随固体进料进入输送管道的空气无法继续前进,前往反应炉。
另一方面,为改善抽真空动作的效率,本发明提出,刻意将进料输送设备分为输送段与非输送段,并自非输送段抽吸气体。其中,输送段中含有强制输送装置,非输送段为中空腔室。输送段与非输送段彼此紧邻并相通。强制输送装置将固体进料于输送段朝向某设定方向输送,但不会输送固体进料至非输送段中,然而由于输送段与非输送段彼此相通,输送段内的气体可流至非输送段。此时,再从非输送段抽气,则即便抽气力道加大,也不会吸取到固体进料,因为固体进料都被强制输送装置输送远离非输送段。
于一实施例中,一进料模块包含一外壳、一螺旋输送装置,以及一抽真空装置。其中,所述螺旋输送装置包覆于所述外壳内。所述进料模块分为输送段与非输送段,其中,所述螺旋输送装置设置于输送段中,而非输送段内部为一中空腔室并与所述抽真空装置相连接。固体进料藉由所述螺旋输送装置,在所述输送段中强制朝某设定方向输送,但不会进入非输送段中。所述抽真空装置则自非输送段中抽吸气体。
利用上述发明概念,本发明达到的效果为,利用固体进料本身创造一个可关闭的开关,阻挡住后续前来的空气,使随进料流入的空气流量基本为零。此外,本发明利用刻意于进料模块中创造出一固体进料不会进入的中空腔室于进料管道旁,使得在进料管道中旅行的空气可以被实时(in a real-time matter)移除。如此,等同于在固体进料的输送途中加入一真空缓冲区,即便进料持续自外界进入并前往反应炉,空气只会前进到真空缓冲区所在处即停步,确保固体连续进料能在气密的前提下进行。表2说明本发明概念上如何解决先前技术的缺点。
表2
请参照图1,绘示一种已知热裂解系统由上游至下游顺序的示意图。图1的右侧对应于热裂解系统3000的上游,图1的左侧则对应于热裂解系统3000的下游。首先,固体进料自外界3001进入进料模块303。接着,进料模块303将固体进料输送至反应炉304内,进行热裂解反应。然后,固体出料自固体出料模块305离开而回到外界3001,气体出料则离开反应炉304前往热交换器306,并于热交换器306内被冷凝成液态油料,收集至储油罐307内储存。进料模块303可为管路(pipes)、容器(containers),进料输送装置3031,或其组合。其中,管路、容器与其所需配件(accessories)如螺丝(screw)或法兰、(flange)等为已知组件,在此不赘述。进料输送装置3031可为输送带、螺旋输送机、重力、风力,或其组合。这些组件本发明并不多加以限制,在此不赘述。应注意的是,本发明聚焦讨论连续进料,当固体废弃物要连续进料时,通常会将其先经处理成为适当大小的块状、粒状,碎片或粉末,以便进料输送装置3031输送。例如,当进料输送装置为螺旋输送机时,其所能输送的进料尺寸通常小于50mm;当进料输送装置为输送带或是重力时,可输送的进料尺寸相对更大一些。
此外,固体出料模块305可为管路(pipes)、容器(containers),出料输送装置3051,或其组合。其中,管路、容器与其所需配件(accessories)如螺丝(screw)以及法兰(flange)等为习知组件,在此不赘述。固体出料输送装置3051可为输送带、螺旋输送机、重力、风力,或其组合;这些组件亦皆为已知组件,在此不赘述。热裂解程序处理固体废弃物的固体出料通常为碳黑(占最大比例)、金属、灰分与杂质。此外,固体出料的物理型态通常为粉末或粒状物。
热裂解系统依据反应炉的型式,主要可分为旋转窑型(Rotary Kiln)与管式炉(Auger/Screw Reactor)型。请参照图2A及图2B,图2A绘示一种已知旋转窑型的热裂解系统的示意图,图2B绘示一种已知管式炉型的热裂解系统的示意图。
如图2A及图2B所示,反应炉304更包含一反应炉输送装置3041与一反应炉加热装置3042。反应炉输送装置3041的功能为,将反应炉304内的固体反应物(即进料)及固体产物(即固体出料)朝向正确方向输送。如图2A,当反应炉304为旋转窑(Rotary Kiln)型反应炉时,欲进行热裂解反应,进料于反应炉304内的输送方向为朝向上游方向(亦即朝向进料模块303),当反应告一段落而欲进行出料,固体出料于反应炉304内的输送方向为朝向下游(亦即朝向出固体料模块305)方向。而如图2B,当反应炉304为管式炉(Auger/ScrewReactor)型反应炉时,不论欲进行热裂解反应或是出料,反应炉304内固体的输送方向皆为自上游朝向下游(亦即自进料模块303朝向固体出料模块305)。反应炉输送装置3041可为输送带、螺旋输送机、重力、风力,或其组合。这些组件亦皆为已知组件,在此不赘述。另一方面,反应炉加热装置3042的功能为,加热反应炉304内的进料,使其温度提升至热裂解反应所需温度,以促进反应发生。反应炉加热装置3042可包含一或数个加热器,其中,加热器的能源来源可为燃料油、可燃气体或是电力。
如图2B所示,当反应炉为管式炉(Auger/Screw Reactor)型时,进料模块303可选择性包含一预热装置308,用以预热进料,使进料温度到达或接近热裂解反应所需温度,令进料进入反应炉304时能迅速开始反应,以提升生产效率。预热模块308包含一或数个加热器,其中,加热器的能源来源可为燃料油、可燃气体或是电力。应注意的是,当包含加热装置308时,输送装置3031中被加热部分的最佳选择系为螺旋输送机。
请参见图2C,绘示另一种已知旋转窑型热裂解系统3000的示意图。当反应炉304为旋转窑型(Rotary Kiln)反应炉时,进料模块303亦可包含一预热装置308。此时,进料输送装置3031中被加热部分的最佳选择为螺旋输送机。
请参见图2D,绘示另一种已知管式炉型的热裂解系统3000的示意图。当反应炉为管式炉(Auger/Screw Reactor)型反应炉时,热裂解系统3000可更包含一加热外罩309。加热外罩309包覆进料模块303与反应炉304于内。加热外罩的作用是绝热保温,以令反应炉加热装置3042的热量不逸散,而是被保存集中起来以同时加热反应炉304与进料模块303。换句话说,加热外罩309使反应炉加热装置可兼作为预热装置308的角色。应注意的是,并非所有的进料输送装置3031皆会被包覆于加热外罩309中,通常只会将须被加热部分包入。图中所示仅为示意图。另外应注意的是,进料输送装置3031中被加热部分的最佳选择为螺旋输送机。
本发明提出一种热裂解系统,其与图1及图2A至图2D所述的热裂解系统不同的地方在于,于进料模块303中设置有一真空缓冲区。亦即,真空缓冲区设置于反应炉304的上游。进料自外界3001进入进料模块303,藉由进料输送装置3031的协助前往反应炉304,并于途中通过所述真空缓冲区。由于进料是于进入反应炉304前,先通过所述真空缓冲区,换句话说,所述真空缓冲区设置于反应炉304“前”,故所述真空缓冲区将以“前真空缓冲区”(pre-reactor vacuumed buffer zone,or simply pre-vacuumed buffer zone)称之。
本发明中,前真空缓冲区至少具有三个组件(element):进料入口、进料出口与抽真空口。固体进料自外界3001或上游管路通过进料入口进入前真空缓冲区,并由进料出口离开,继续前往反应炉304。抽真空口连结至一真空泵,可按使用者控制而将前真空缓冲区内的空气抽走,令前真空缓冲区内至少基本(substantially)维持真空。其中,抽真空口可包含一或一个以上的孔洞。进料入口可与外界3001直接相连,或是连结至某上游管路(最后与外界相连),不做限制。进料出口可直接与反应炉304相连,或是连结某下游管路(气密且最后与反应炉304相连),不做限制。进料藉由进料输送装置3031自进料入口被输送至进料出口。
请参见图3A,绘示依照本发明一实施例的进料模组303的示意图。于一实施例中,一前真空缓冲区501具有一进料入口502、一进料出口503,与一抽真空口504。进料入口502设有一开关5021,例如阀门(刀阀、球阀等)、气帘(air curtain),其他类似功能者(开关5021的功能为控制上游空气流入前真空缓冲区501的流速),或其组合。进料出口503则为开口(open-ended),不设开关。抽真空口504设于靠近进料入口502处,并连结至一或一个以上的真空泵5041。注意,本实施例中,进料输送装置3031共包含两种形式:3031(1)与3031(2)为重力,3031(3)可为输送带、螺旋输送机或其组合。但如此领域人员所知,3031的选用端看进料模块303的设计而制宜,在此所述者并不予以限制。
此外,请参见图3B,绘示依照本发明另一实施例的进料模组303的示意图。前真空缓冲区501设于进料模块303的另一位置(alternative position)。比较图3A与图3B可知,当前真空缓冲区501所设位置不同时,其内所用到的进料输送装置3031种类亦可能不同。
图3A及图3B所示实施例的重点在于,前真空缓冲区501配置有一开关5021于进料入口502,当进行进料动作(feeding)时,进料入口开关5021开启,让进料得以进入前真空缓冲区501,同时真空泵5041亦开始抽气,将随进料而来的空气移除。其中重点为,真空泵5041的抽气速度,是控制为大于或等于随进料进入前真空缓冲区501的空气流速,据此以将随进料流入的空气在进料入口开关5021附近(locally,neighborhood of 5021)实时地(realtime)被完全或大部分抽走。如此,则即使前真空缓冲区501必须同时对外界3001以及反应炉304保持开放,且进料不间断自上游进入前真空缓冲区501,但由于伴随而来的空气不会跟着进料离开前真空缓冲区501前往下游,便可确保连续进料是在气密状态下进行。
请参见图3C与图3D,图3C绘示进料输送装置上抽真空口的一种排列方式的示意图,图3D绘示进料输送装置上抽真空口的另一种排列方式的示意图。抽真空口504可为单个或多个,且其在进料输送装置3031上的排列方式,可为环状、直列,或其组合。注意,图3C与图3D中,图示标题“3031”所指,是为进料输送装置3031的外壳(可为圆柱型或是方形,不做限制),因抽真空口504必定需于进料输送装置3031的外壳上形成开口。换句话说,图中所示的进料输送装置3031,应更包含内里所含的输送机构,例如螺旋输送机、输送带等(未示出于图中,以方便阅读)。
请参见图3E,绘示图3A至图3D的热裂解系统中进料输送装置抽真空的方法流程图。如图3A至图3D所示的实施例,其操作流程(flow chart)为:首先执行步骤510,真空泵5041启动,前真空缓冲区501内(残存)空气开始自抽真空口504被抽走。接着执行步骤520,进料输送装置3031启动,进料入口开关5021开启,进料自上游藉由进料输送装置3031输送进入前真空缓冲区501,并向进料出口503移动。其中,进料入口开关5021开启的大小与真空泵5041抽气速度的相对关系控制为,真空泵5041的抽气速度,大于或等于随进料进入前真空缓冲区501的空气流速,据以使所有随进料流入前真空缓冲区501的空气,可在进料入口502处附近(local area,neighborhood)就实时(real-time)地完全或大部分被抽走,而令前真空缓冲区501内基本维持真空(substantially vacuumed)。进料持续自上游进入前真空缓冲区501,被进料输送装置3031输送至进料出口503,并由进料出口503离开。
请参见图3F,绘示依照本发明一实施例的热裂解系统3100的示意图。热裂解系统3100除引入前真空缓冲区501(包含其相关组件与操作,如图3A至图3E中所述)外,其余可套用图2A所述的热裂解系统3000。于一实施例中,热裂解系统3100可包含至少两个或以上的前真空缓冲区501,以便于其中有些在维修时,以其他顶替,或是轮流进料以提升进料效率。
请参见图3G,绘示依照本发明另一实施例的热裂解系统3200的示意图。热裂解系统3200除引入前真空缓冲区501(包含其相关组件与操作,如图3A至图3E中所述)外,其余可套用图2B所述的热裂解系统3000。于一实施例中,热裂解系统3200包含至少两个或以上的前真空缓冲区501,以便于其中有些在维修时,以其他顶替,或是轮流进料以提升进料效率。
参见图4A,绘示依照本发明又一实施例的进料模组303的示意图。前真空缓冲区501具有一进料入口502、一进料出口503,与一抽真空口504。进料入口502设有一开关5021,例如阀门(刀阀、球阀等),气帘(air curtain),其他类似功能者(开关5021的功能为控制上游空气进入前真空缓冲区501的流速),或其组合。进料出口503设有一开关5031,例如阀门(刀阀、球阀等),气帘(air curtain),其他类似功能者(开关5031的功能为阻挡前真空缓冲区501内空气自进料出口503流出),或其组合。抽真空口504连结至一或一个以上的真空泵5041,且于真空缓冲区501内的设置位置不做限制。注意,本实施例中,进料输送装置3031共包含两种形式:3031(1)与3031(2)为重力,3031(3)可为输送带、螺旋输送机或其组合。但如此领域人员所知,3031的选用端看进料模块303的设计而制宜,在此所述者并非予以限制。
此外,请参见图4B,绘示依照本发明再一实施例的进料模组303的示意图。前真空缓冲区501设于进料模块303的另一位置(alternative position)。比较图4A与图4B可知,当前真空缓冲区501所设位置不同时,其内所用到的进料输送装置3031种类亦可能不同。
图4A及图4B所示实施例的重点在于,前真空缓冲区501配置有一开关5021于进料入口502,以及一开关5031于进料出口503,当进行进料动作(feeding)时,进料入口开关5021开启,进料出口开关5031关闭,让进料得以进入前真空缓冲区501,并于其内开始累积(因进料出口开关5031关闭,进料无法离开前真空缓冲区501,故累积于其内)。随进料进入前真空缓冲区501的空气,亦无法继续前往下游,而是留滞于前真空缓冲区501内。当堆积于前真空缓冲区501内的进料量到达一门坎值时,关闭进料入口开关5021,并启动真空泵5041,将留滞于前真空缓冲区501内的空气移除,直到前真空缓冲区501基本成为真空状态。然后再开启进料出口开关5031,让进料前往下游。如此,伴随进料而来的空气不会跟着进料离开前真空缓冲区501前往下游,便可确保进料是在气密状态下进行。于一较佳范例中,前真空缓冲区501可设计为,其容积远大于进料输送装置3031输送进料的体积。此时,前真空缓冲区501一次可处理的进料量,足以供给反应炉进料一段时间,达到连续进料的目的。
请参见图4C与图4D,图4C绘示进料输送装置上抽真空口的一种排列方式的示意图,图4D绘示进料输送装置上抽真空口的另一种排列方式的示意图。抽真空口504可为单个或多个,且其在进料输送装置3031上的排列方式,可为环状、直列,或其组合。注意,在图4C与图4D中,图示标题“3031”所指,为进料输送装置3031的外壳(可为圆柱型或是方形,不做限制),因抽真空口504必需于进料输送装置3031的外壳上形成开口。换句话说,图中所示的进料输送装置3031,也应包含内里所含的输送机构,例如螺旋输送机、输送带等(未示出于图中,以方便阅读)。
请参见图4E,绘示图4A至图4D的热裂解系统中进料输送装置抽真空的方法流程图。如图4A至图4D所示的实施例,其操作流程(flow chart)为:首先进行步骤610,进料出口开关5031关闭。接着进行步骤620,进料入口开关5021开启,进料输送装置3031启动,进料自上游进入前真空缓冲区501,并由进料输送装置3031向进料出口503输送。接着进行步骤630,当前真空缓冲区501内累积的进料量达到某一门坎时,关闭料入口开关5021。接着进行步骤640,真空泵5041启动,空气开始自抽气口504被抽走。接着进行步骤650,当前真空缓冲区501内基本已到达真空(substantially vacuumed)时,开启进料出口开关5031,让所有位于前真空缓冲区501内的进料,自进料出口503藉进料输送装置3031输送离开前真空缓冲区501。
请参见图4F,绘示依照本发明又一实施例的热裂解系统3300的示意图。热裂解系统3300除引入前真空缓冲区501(包含其相关组件与操作,如图4A至图4E中所述)外,其余可套用图2A所述的热裂解系统3000。于一实施例中,热裂解系统3300包含至少两个或两个以上的前真空缓冲区501,以便于其中有些在维修时,以其他顶替,或是轮流进料以提升进料效率。
请参见图4G,绘示依照本发明再一实施例的热裂解系统3400的示意图。热裂解系统3400除引入前真空缓冲区501(包含其相关组件与操作,如图4A至图4E中所述)外,其余可套用图2B所述的热裂解系统3000。于一实施例中,热裂解系统3400包含至少两个或两个以上的前真空缓冲区501,以便于其中有些在维修时,以其他顶替,或是轮流进料以提升进料效率。
请参见图5A,绘示依照本发明一实施例的进料模组的示意图。于一实施例中,前真空缓冲区501具有一进料入口502、一进料出口503、一抽真空口504,与一加热装置505。进料入口502与进料出口503为开口(open-ended),不设开关。抽真空口504连结至一或一个以上的真空泵5041,且其位置设于前真空缓冲区501内,沿进料行进方向,进料开始变成熔融状态。进料自进料入口502进入前真空缓冲区501,藉由进料输送装置3031于前真空缓冲区501内自进料入口502向进料出口503前进,沿途受到加热装置505加热。抽真空泵5041自抽真空口504抽去前真空缓冲区501内空气。加热装置505的功能为加热进料,故亦可借用已知技术,如图2B、图2C中的预热装置308,或是图2D中的反应炉加热装置3042。本实施例中,进料输送装置3031中被加热装置505所加热的部分,是采用螺旋输送机。
图5A所示的实施例重点在于,抽真空口504的位置,是选择于进料开始被加热至熔融状态(where the feedstock starts to become liquefied by heat)处。此时,进料逐渐从固体(块状、粒状或碎片状)变成可流动,类似树脂的物质(flowable,resin-likematerial)。可流动物质形成时,进料固体间的缝隙会因固体熔融,互相连结而关闭,继而产生两种效应:(1)阻挡住大部分随进料进入前真空缓冲区501的空气,使其无法继续往下游前进;(2)少部分随进料进入前真空缓冲区501的空气,如存在于固体与固体间微小缝隙内者,被挤压合并成大小气泡5043,分散于可流动物质间,随流动物质被进料输送装置3031带动,继续往下游前进。此时,当气泡5043在输送过程中移动至到抽真空口504处,内里空气就被真空泵5041抽走。
换句话说,此可流动物质在功能上如同为图3A至图3C中所揭露的进料入口开关5021:仅容许相对较小部分空气通过。这减少了真空泵5041的负担。此外,原本固体缝隙间的空气被强迫合并成较大气泡5043,又不再需要通过曲折的缝隙通道以到达抽真空口504,使得空气要从进料中被抽走变得相对容易。因此,本实施例靠着利用加热装置505,搭配妥善选择抽真空口504的位置,达到利用进料本身作为阀门的目的。从而,即便在没有加装任何人工阀门下,让前真空缓冲区501同时对外界3001及反应炉304开放,且自上游连续进料,但由于随进料而来的空气不会随进料离开前真空缓冲区501前往下游,连续进料可确保是在气密状态下进行。
在一实施例中,进料开始熔融(并形成可流动物质)的位置,是根据进料输送装置3031上不同位置的温度来估计,而进料输送装置3031上不同位置的温度,是藉由加热装置505控制。待进料开始熔融位置已选定,再据以决定抽真空口504的位置。例如:当进料为混和塑料,进料开始熔融处约在进料混和装置3031上,温度220~260℃的位置;当进料为轮胎胶片,进料开始熔融处约在200~240℃的位置。
请参见图5B,绘示进料模组中进料开始熔融处的示意图。一实施例中,抽真空口504的位置选择于进料开始熔融处(亦即进料开始形成可流动物质5042处),沿进料输送装置3031身体方向移动的下游处。
请参见图5C与图5D,图5C绘示进料输送装置上抽真空口的一种排列方式的示意图,图5D绘示进料输送装置上抽真空口的另一种排列方式的示意图。抽真空口504可为单个或多个,且其在进料输送装置3031上的排列方式,可为环状、直列,或其组合。注意,在图5C与图5D中,图示标题“3031”所指,为进料输送装置3031的外壳(可为圆柱型或是方形,不做限制),因抽真空口504必定需于进料输送装置3031的外壳上形成开口。换句话说,图中所示的进料输送装置3031,应更包含内里所含的输送机构,例如螺旋输送机、输送带等(未示出于图中,以方便阅读)。
请参见图5E,绘示依据本发明一实施例的前真空缓冲区包含安全阀门的示意图。于一实施例中,前真空缓冲区501更可包含一安全阀门506,设置于可流动物质5042形成处的上游或下游。安全阀门506的功能为,当进料动作或是加热动作需要停止时,可流动物质5042自熔融状态变回固体状态,无法再执行阻挡空气往下游流动的功能,此时可将安全阀门506关闭,以防止外界空气有机会到达反应炉304。
请参见图5F,绘示图5A至图5E的热裂解系统中进料输送装置抽真空的方法流程图。如图5A至图5E所示的实施例,其操作流程(flow chart)为:首先进行步骤710,进料输送装置3031与加热装置505启动,进料自上游进入前真空缓冲区501,并由进料输送装置3031向前真空缓冲区501的进料出口503输送。输送同时,进料被加热装置505加热。接着进行步骤720,当可流动物质5042开始形成,启动真空泵5041,自抽气口504抽走气泡5043内的空气。此后,进料持续自进料入口502进入前真空缓冲区501,被加热装置505加热,并由进料出口503离开前真空缓冲区501。
请参见图5G,绘示依据本发明又一实施例的热裂解系统3500的示意图。热裂解系统3500除引入前真空缓冲区501(包含其所有相关组件,如图5A至图5F中所述)外,其余可套用图2C所述的热裂解系统3000。于一实施例中,热裂解系统3500包含至少两个或两个以上的前真空缓冲区501,以便于其中有些在维修时,以其他顶替,或是轮流进料以提升进料效率。
请参见图5H,绘示依据本发明再一实施例的热裂解系统3600的示意图。热裂解系统3600除引入前真空缓冲区501(包含其所有相关组件,如图5A至5F中所述)外,其余可套用图2B所述的热裂解系统3000。于一实施例中,热裂解系统3500包含至少两个或两个以上的前真空缓冲区501,以便于其中有些在维修时,以其他顶替,或是轮流进料以提升进料效率。
请参见图5I,绘示根据本发明另一实施例的热裂解系统3700的示意图。热裂解系统3700除引入前真空缓冲区501(包含其所有相关组件,如图5A至图5F中所述)外,其余可套用图2D所述的热裂解系统3000。于一实施例中,热裂解系统3500包含至少两个或两个以上的前真空缓冲区501,以便于其中有些在维修时,以其他顶替,或是轮流进料以提升进料效率。
请参见图6A,绘示依照本发明一实施例的前真空缓冲区501的示意图。如图所示,进料模块303包含一输送段3032以及一非输送段3033,其中,输送段3032与非输送段3033彼此相连相通。虚线P标示固体进料因进料加热装置308加热而变成熔融状态的位置。进料输送装置3031设置于输送段3032中。进料输送装置3031可为数个子进料输送装置的集合;图6A所示为两个子进料输送装置3031(a)及3031(b),但本发明不受限制,亦可以其他个数的子进料输送装置实施。各别子进料输送装置将固体进料输送往某各别设定的输送方向,这些各别输送方向不一定相同,彼此间可为任何角度相交;图6A中所示为子进料输送装置3031(a)的输送方向垂直于子进料输送装置3031(b)的输送方向,但本发明不受限制,子进料装置3031(a)与3031(b)的输送方向亦可为其他角度相交。非输送段3033为一中空腔室,并且透过一抽真空孔504(a)与一抽真空装置5041相连接。本实施例的重点在于,固体进料只会在输送段3032内被输送而往下游前进,不会进到非输送段3033。换句话说,各别子进料输送装置所设定的输送方向,无论如何变化,必定会强制固体进料不进入非输送段3033。但是,由于输送段3032与非输送段3033相通,随固体进料而来的空气可自输送段3032流入非输送段3033。因此,可藉由抽真空装置5041将空气自非输送段3033抽走。并且重点在于,因为固体进料不会进到非输送段3033,不用担心会被抽真空装置所抽扯而堵塞抽真空孔504(a),因此抽真空装置5041可设定较大的抽气力道,据此加强了将空气实时(in a real-time manner)自前真空缓冲区501移除的效果。本实施例中,进料模块3031的较佳选择为螺旋输送机。
请参阅图6B,绘示图6A的俯视图。如图6B所示,非输送段3033与输送段3032,可为一角度相交。并且,亦可选择性设置一个以上非输送段3033。
请参阅图6C,绘示依照本发明另一实施例的前真空缓冲区501的示意图。图6A所示的输送段与非输送段的概念,亦可用于反应炉304上。如图6C所示,反应炉304包含一输送段3045以及一非输送段3043,其中,固体进料在输送段3045内被进料输送装置3031(b)以及反应炉输送装置3041接力输送往下游,并同时进行热裂解反应。固体进料进入反应炉304时,若其间有夹带任何空气,可被抽真空装置5041自抽真空孔504(b)实时抽走。如同图6A,非输送段3043的设计,让抽真空装置5041可以设定较大的抽吸力道,据此加强了空气被实时(ina rea-time manner)移除的效果,因而可实现固体连续进料时的气密性。
请参阅图6D,绘示图6C的俯视图。如图6D所示,非输送段3043与输送段3045,可为一角度相交。并且,亦可选择性设置一个以上非输送段3043。
请参见图6E,绘示依照本发明一实施例的前真空缓冲区501的示意图。于一实施例中,前真空缓冲区501涵盖自可流动物质形成处(虚线P)的后的所有下游管路,包含部分的进料输送模块303(以及其内的进料输送装置3031),与全部的反应炉304。实施方式为:(1)进料输送装置3031(a)与反应炉输送装置3041平行,进料输送装置3031(a)与反应炉输送装置3041位于不同高度的水平面,且两者利用一进料输送装置3031(b)相连接;(2)进料输送装置3031(a)的外壳沿着进料输送装置3031(a)的输送方向延伸,超过其与进料输送装置3031(b)的连接处,而在所述连接处“后方”形成一中空腔室3033;(3)反应炉304沿反应炉输送装置3041的输送方向的反方向延伸,超过其与进料输送装置3031(b)的连接处,而在所述连接处“前方”形成一中空腔室3043;(4)抽真空口504的位置设于所述中空腔室3033或3043中,可择一而设,或是两者皆设。本实施例中,进料输送装置3031(a)的水平高度系高于反应炉输送装置3041,然而于其他实施例中亦可反过来,反应炉输送装置3041的水平高度高于进料输送装置3031(a)。另外,本实施例中,两中空腔室3033与3043皆设抽真空口504:504(a)设于中空腔室3033,504(b)设于中空腔室3043。并且,本实施例中,进料输送装置3031(a)的输送方向与反应炉输送装置3041的输送方向相同。更重要的,本实施例中,抽真空孔504(a)及504(b)可包含一或一个以上的孔洞。最后,本实施例中,进料输送装置3031(a)、3031(b),与反应炉输送装置3041为螺旋输送机。
本实施例的重点在于,将抽真空口504设于中空腔室3033及/或3043中,以确保抽气时不会抽到任何固体进料(亦即可流动物质)。这是由于进料输送装置3031(a)并未随着其外壳延伸超过与进料输送装置3031(b)的连接处,故可流动物质在到达中空腔室3033前,已被进料输送装置3031(b)强制输送往反应炉304。同样地,由于反应输送装置3041并未随着反应炉304延伸超过与进料输送装置3031(b)的连接处,故可流动物质一进入反应炉304,就会被反应炉输送装置3041强制往中空腔室3043的反方向输送。此外,本实施例中,抽真空口504亦可兼具气体出料口的功能。
请参阅图6F,绘示依照本发明另一实施例的前真空缓冲区501的示意图。本实施例与图6E所示的实施例相同,仅进料输送装置3031(a)的输送方向与反应炉输送装置3041的输送方向改为相反。
请参见图6G及图6H,图6G绘示进料输送装置上抽真空口的一种排列方式的示意图,图6H绘示进料输送装置上抽真空口的另一种排列方式的示意图。一实施例中,抽真空口504可为单个或多个,且其在进料输送装置3031上的排列方式,可为环状、直列,或其组合。注意,在图6C与图6D中,图示标题“3031”所指,为进料输送装置3031的外壳(可为圆柱型或是方形,不做限制),因抽真空口504必定需于进料输送装置3031的外壳上形成开口。换句话说,图中所示的进料输送装置3031,应更包含内里所含的输送机构,例如螺旋输送机、输送带等(未示出于图中,以方便阅读)。
请参阅图6I,绘示图6E至图6H的热裂解系统中进料输送装置抽真空的方法流程图。如图6E至图6H所示的实施例,其操作流程(flow chart)为:首先进行步骤810,启动进料输送装置3031(a)、3031(b)、反应炉输送装置3041、预热装置308,与反应炉加热装置3042。进料自上游进入进料模块303,由进料输送装置3031(a)输送前往反应炉304。途中,进料被预热装置308加热,并于沿进料输送装置3031(a)某处开始变成熔融状态,并形成可流动物质。接着进行步骤820,启动真空泵5041,自位于中空腔室3033、3043内的抽真空口504(a)、504(b)持续抽气,直到反应停止。
请参见图6J,绘示根据本发明一实施例的热裂解系统3800的示意图。热裂解系统3800除引入前真空缓冲区501(包含其所有相关组件,如图6A至图6I中所述)外,其余可套用图2B所述的热裂解系统3000。应注意的是,本实施例中,两中空腔室3033、3043分别设置抽真空口504(a)、504(b),但亦可仅择一而设。此外,如图所示,抽真空口504(a)、504(b)可各别连接至一或多个真空泵504,且真空泵504连接至热交换器306,以将自抽真空口504(a)、504(b)所抽出的气体,包括随进料进入前真空缓冲区501的外界空气,以及可能包含的部分热裂解反应产生的气体出料,输送至热交换器306。
请参见图6K,绘示根据本发明另一实施例的热裂解系统3900的示意图。热裂解系统3900除引入前真空缓冲区501(包含其所有相关组件,如图6A至图6I中所述)外,其余可套用图2B及图2D所述的热裂解系统3000。应注意的是,本实施例中,两中空腔室3033、3043分别设置抽真空口504(a)、504(b),但亦可仅择一而设。此外,如图所示,抽真空口504(a)、504(b)可各别连接至一或多个真空泵504,且真空泵504连接至热交换器306,以将自抽真空口504(a)、504(b)所抽出的气体,包括随进料进入前真空缓冲区501的外界空气,以及可能包含的部分热裂解反应产生的气体出料,输送至热交换器306。
请参见图6L,绘示根据本发明又一实施例的热裂解系统的示意图。热裂解系统3950除引入前真空缓冲区501(包含其所有相关组件,如图6A至图6I中所述)外,其余可套用图2D所述的热裂解系统3000。应注意的是,本实施例中,两中空腔室3033、3043分别设置抽真空口504(a)、504(b),但亦可仅择一而设。此外,如图所示,抽真空口504(a)、504(b)可各别连接至一或多个真空泵504,且真空泵504连接至热交换器306,以将自抽真空口504(a)、504(b)所抽出的气体,包括随进料进入前真空缓冲区501的外界空气,以及可能包含的部分热裂解反应产生的气体出料,输送至热交换器306。
本发明所提出的发明概念:利用输送料本身挡住空气流向反应炉,据以创造真空缓冲区,亦可应用于连续出料的情况。说明如下。
本发明的发明人发现,热裂解反应进行时,反应炉内压力经常小于1大气压,故若是在反应中,或是反应炉内仍为高温状态下欲连续出料至外界,则因出料储存装置须同时对反应炉及外界开放,使得外界空气有机会逆行流入反应炉内,造成危险,或是令燃料油产率下降。表4说明本发明如何解决已知技术的缺点。
表4本发明热裂解出料
传统热裂解系统中,反应炉的型式主要可分为旋转窑型(Rotary Kiln)与管式炉(Auger/Screw Reactor)型。请参见图7A及图7B,图7A绘示一种已知旋转窑型的热裂解系统的示意图,图7B绘示一种已知管式炉型的热裂解系统的示意图。图7A中,热裂解系统3000的反应炉304为旋转窑(Rotary Kiln)型,图7B中,热裂解系统的反应炉304为管式炉(Auger/Screw Reactor)型。
如图7A及图7B所示,反应炉304更包含一反应炉输送装置3041与一反应炉加热装置3042。反应炉输送装置3041的功能是,将反应炉304内的固体反应物(即进料)及固体产物(即固体出料)朝向正确方向输送。例如,参见图7A,当反应炉304为旋转窑(Rotary Kiln)型反应炉时,欲进行热裂解反应,进料于反应炉304内的输送方向为朝向上游方向(亦即朝向进料模块303),当反应告一段落而欲进行出料,固体出料于反应炉304内的输送方向为朝向下游方向(亦即朝向出固体料模块305)。而如图7B所示,当反应炉304为管式炉(Auger/Screw Reactor)型反应炉时,不论欲进行热裂解反应或是出料,反应炉304内固体的输送方向皆为自上游朝向下游(亦即自进料模块303朝向固体出料模块305)。反应炉输送装置3041可为输送带、螺旋输送机、重力、风力,或其组合。这些组件亦皆为已知组件,在此不赘述。反应炉加热装置3042的功能为,加热反应炉304内的进料,使其温度提升至热裂解反应所需温度,以促进反应发生。反应炉加热装置3042可包含一或数个加热器,其中,加热器的能源来源可为燃料油、可燃气体或是电力
如图7B所示,当反应炉为管式炉(Auger/Screw Reactor)型时,进料模块303可选择性包含一预热装置308,用以预热进料,使进料温度到达或接近热裂解反应所需温度,据以令进料进入反应炉304时能迅速开始反应,以提升生产效率。预热模块308包含一或数个加热器,其中,加热器的能源来源可为燃料油、可燃气体或是电力。
请参见图7C,绘示一种已知出料储存装置的示意图。传统技术中,固体出料透过出料输送装置3051的协助,自上游进入、通过并离开出料储存装置3053,到达外界3001。其中,出料储存装置3053可更包含一储存入口阀门Vin(inlet valve)与一出口阀门Vout(outletvalve)。操作时以批次操作:首先入口阀门Vin开启,出口阀门Vout关闭,固体出料由出料输送装置3051通过入口阀门Vin送入出料储存装置3053。固体出料持续累积(因出口阀门Vout关闭,固体出料无法离开出料储存装置3053,故累积于出料储存装置3053内);待储存量到达一门坎值后,关闭入口阀门Vin,待出料储存装置3053内固体出料冷却,然后开启出口阀门Vout,由出料输送装置3051将所储存的固体出料输送至外界3001。若上游的出料处理装置3052中含有冷渣机,则可省略等待固体出料冷却的步骤。应注意者为,在固体出料逐步移出至外界3001这段时间,反应亦须停止。特别是当反应炉304为管式炉时,炉内不具有多余空间盛装固体出料,或是进料为废轮胎等会产生大量固体出料的情况。需待固体出料移出,储存空间腾出来后,才能再次启动反应。因此,为降低停止反应的频率,通常会采用极大容量的出料储存装置3053,让固体出料累积一段时间后,再一次全部一起出料。
请参见图7D,绘示另一种已知出料储存装置的示意图。传统技术中,出料输送装置3051中,自上游衔接出料储存装置3053的部分,其实施方式可为重力,如图中的3051(a),或是机械装置如螺旋输送机,如图中的3051(b),择其一即可。然如此领域人员可了解,其他实施方式如输送带、风力输送机(blower)等,亦可为选项,并无限制。
请参见图7E,绘示又一种已知出料储存装置的示意图。传统技术中,出料输送装置3051中,将固体出料自出料储存装置3053输送离开并到达外界3001的部分,其实施方式可为重力,如图中的3051(c),或是机械装置如螺旋输送机,如图中的3051(d),择其一即可。然如此领域人员可了解,其他实施方式如输送带、风力输送机(blower)等,亦可为选项,并无限制。
本发明提出一种热裂解系统,其与图1及图7A至图7E所述的传统热裂解系统3000不同的地方在于,于固体出料模块305中设置有一真空缓冲区。亦即,所述真空缓冲区设置于反应炉304的下游。固体出料自反应炉304进入固体出料模块305,藉由出料输送装置3051的帮助,前往外界3001,并于途中通过所述真空缓冲区。由于所述真空缓冲区设置于反应炉304“后”,故所述真空缓冲区将以“后真空缓冲区”(post-reactor vacuumed buffer zone,or simply post-vacuumed buffer zone)称之。
本发明中,后真空缓冲区至少具有三个组件(element):固体出料入口、固体出料出口与抽真空口。固体出料自反应炉304或上游管路通过固体出料入口进入后真空缓冲区,并由固体出料出口离开后真空缓冲区,继续前往外界3001。抽真空口连结至一真空泵,可按使用者控制而将后真空缓冲区内的气体抽走,令后真空缓冲区内至少基本(substantially)维持真空。其中,抽真空口可包含一或一个以上的孔洞。固体出料入口可与反应炉304直接相连,或是连结至某上游管路(最后与反应炉304相连),不做限制。固体出料出口可直接与外界3001相连,或是连结某下游管路(气密且最后与外界相连),不做限制。固体出料藉由出料输送装置3051自固体出料入口输送至固体出料出口。
请参见图8A,绘示依照本发明一实施例的后真空缓冲区的示意图。于一实施例中,一后真空缓冲区601基本与出料储存装置3053重叠,且具有一固体出料入口602、一固体出料出口603,与一抽真空口604。固体出料入口602设有一开关6021,例如阀门(刀阀、球阀等)、其他类似功能者(开关6021的功能为受用户控制而关闭,以阻挡固体出料进入后真空缓冲区601),或其组合。固体出料出口603设有一开关6031,例如阀门(刀阀、球阀等)、其他类似功能者(开关6031的功能为受用户控制开启大小,据以控制固体出料移出后真空缓冲区601的流速),或其组合。抽真空口604于后真空缓冲区601内的位置不设限。抽真空口604连结至一或一个以上的真空泵6041。本实施例中,后真空缓冲区601利用出料储存装置3053实施、固体出料入口开关6021利用出料储存装置3503本身的入口阀门Vin实施,而固体出料出口开关6031利用出料储存装置3503本身的出口阀门Vout实施。
本实施例的重点在于,出口阀门Vout必须设置于出料储存装置3053的底部,当出料时,出口阀门一开始关闭,让固体出料于出料储存装置3053中累积,至累积的固体出料掩盖住出口阀门Vout,阻挡了自上游流入后真空缓冲区601的气体,使其无法流出出料储存装置3053,而是留滞于其内,同时,外界3001的空气亦无法流入后真空缓冲区601。此时再开启出口阀门Vout,藉由出料输送装置3051将累积的固体出料开始输送至外界3001。换句话说,本实施例系利用累积的固体出料,阻挡热裂解系统与外界相通后,再将固体出料向外输送,从而实现连续出料。所凭借的原理为,本发明人发现,固体出料必或多或少夹带气体出料,当固体出料行进至并累积于出料储存装置3053时,气体出料必或多或少冷凝成为液体于固体出料中,故虽然固体出料本身通常为粉末状,其累积成的团块会有些微潮湿,具扎实结构(亦即团块内部孔洞极细),只要堆积高度足够,即可挡住气体无法穿透。因此,可用此堆积团块作为气体屏障(barrier)。本实施例另一重点为,当开始执行连续出料后,需(1)利用真空泵6041抽走留滞于后真空缓冲区601内的气体,使后真空缓冲区601基本维持真空状态,以及(2)出口阀门Vout的开启大小需控制为,固体出料被出料输送装置3051输送出出料储存装置3053的速度,需等于或小于上游固体出料进入出料储存装置3053的速度,以维持固体出料堆积团块的堆积高度(当然,此堆积高度必须令固体出料堆积团块足够掩盖出口阀门Vout)。于一较佳范例中,真空泵6041的抽气速度控制为大于或等于自上游流入后真空缓冲区601的气体出料流速。
请参见图8B,绘示图8A的后真空缓冲区于操作时的方法流程图。图8A实施例于操作时,流程(flow chart)为:首先执行步骤910,出料输送装置3051、入口阀门Vin与真空泵6041开启,出口阀门Vout关闭。固体出料自上游藉由出料输送装置3051进入出料储存装置3053,并朝出口阀门Vout移动,同时,随固体出料进入出料储存装置3053的气体持续被真空泵6041自抽真空口604抽出。接着执行步骤920,固体出料持续进入出料输送装置3051,并自出口阀门Vout处开始堆积(因Vout关闭,固体出料无法离开出料储存装置3053,故堆积于其内)。当堆积于出料储存装置3053中的固体出料量超过某一门坎时,开启出口阀门Vout,令固体出料藉由出料输送装置3051通过出口阀门Vout输送至外界3001。其中,出口阀门Vout的开启大小与固体进料自上游进入出料储存装置3053速度的相对关系系控制为,调整出口阀门Vout的开启大小,使固体出料离开出料储存装置3053的速度等于或小于固体出料自上游进入出料储存装置3053的速度。接着执行步骤930,当固体出料需停止进入出料储存装置3053,例如生产线需关机检修时,关闭入口阀门Vin,并出料输送装置3051、真空泵6041与出口阀门Vout维持开启,直至出料储存装置3053内所有堆积的固体出料完全移出至外界3001为止。
本实施例相较于图7C所述的传统技术,所克服的问题为(1)高固定成本:传统技术需要大容量的出料储存装置3051以减少停止反应次数,故设备造价高、占地面积大;(2)高操作成本:传统技术需频繁停止反应以出料,待出料完成后再重新启动反应;(3)高安全风险:固体出料中必夹带热裂解的气体产物,其为可燃气体,当固体出料大量累积于密闭空间时,空间内可燃气体的浓度亦会升高。即便固体出料经冷却后才出料,高浓度可燃气体接触新鲜空气瞬间,仍有着火甚至爆炸风险。本实施例令固体出料不经累积,而是连续移出出料储存装置3051,故可燃气体浓度不会累积升高。并且,由于有真空泵6041持续抽出出料储存装置3051内的可燃气体,且固体出料堆积团块屏蔽外界3001的空气无法进入出料储存装置3501,因此不会有逆行至反应炉304的危险,可安心于反应进行中仍持续出料。如此,则除非必要,例如岁修等特殊情况,本实施例不须停止反应,可持续执行出料操作。本实施例另一特征为,利用固体出料本身来屏蔽可燃气体接触外界新鲜空气,无须加装额外开关,故可降低设备造价成本。
应注意者的是,图8A中,出料输送装置3051位于固体出料入口开关602上游的部分,可根据图7D中所述的传统技术实施,不做限制。
请参见图8C,绘示依照本发明另一实施例的后真空缓冲区的示意图。本实施例中,后真空缓冲区601设于固体出料模块305的另一位置(alternative position)时的示意图。如图所示,固体出料入口602的位置可往上游延伸至将出料处理装置3052包含于内。此时,固体出料入口开关6021无法以入口阀门Vin实施,需另设。固体出料出口开关6031则仍可利用出口阀门Vout实施。抽真空口604的位置可如同图3A,仍设于出料储存装置3053中,或是设于出料储存装置3053与出料处理装置3052间、出料处理装置3052中,或是出料处理装置3052上游。
请参见图8D,绘示依照本发明又一实施例的后真空缓冲区的示意图。于一实施例中,后真空缓冲区601设于出料处理装置3052上游,且具有一固体出料入口602、一固体出料出口603,与一抽真空口604。固体出料入口602设有一开关6021,例如阀门(刀阀、球阀等)、其他类似功能者(开关6021的功能为受用户控制而关闭,以阻挡固体出料进入后真空缓冲区601),或其组合。固体出料出口603设有一开关6031,例如阀门(刀阀、球阀等)、其他类似功能者(开关6031的功能为受用户控制开启大小,据以控制固体出料移出后真空缓冲区601的流速),或其组合。抽真空口604于后真空缓冲区601内的位置不设限。抽真空口604连结至一或一个以上的真空泵6041。如同图8A所揭露的实施例,本实施例的重点亦在于,利用堆积的固体出料,掩盖住固体出料出口开关6031,然后进行(往下游)连续出料。
请参见图8E,绘示图8D的后真空缓冲区于操作时的方法流程图。图8D的实施例于操作时,流程(flow chart)为:首先执行步骤1010,出料输送装置3051、固体出料入口开关6021与真空泵6041开启,固体出料出口开关6031关闭。固体出料自上游藉由出料输送装置3051进入后真空缓冲区601,并朝固体出料出口开关6031移动,同时,随固体出料进入后真空缓冲区601的气体持续被真空泵6041自抽真空口604抽出。接着执行步骤1020,固体出料持续进入后真空缓冲区601,并自固体出料出口开关6031处开始堆积(因固体出料出口开关6031关闭,固体出料无法离开后真空缓冲区601,故堆积于其内)。当堆积于后真空缓冲区601中的固体出料量超过某一门坎时,开启固体出料出口开关6031,令固体出料藉由出料输送装置3051通过固体出料出口开关6031输送至下游。其中,固体出料出口开关6031的开启大小与固体进料自上游进入后真空缓冲区601的速度的相对关系控制为,调整固体出料出口开关6031的开启大小,使固体出料离开后真空缓冲区601的速度等于或小于固体出料自上游进入后真空缓冲区601的速度。接着执行步骤1030,当固体出料需停止进入后真空缓冲区601,例如生产线需关机检修时,关闭固体出料入口开关6021,并出料输送装置3051、真空泵6041与固体出料出口开关6031维持开启,直至后真空缓冲区601内所有堆积的固体出料完全移出至下游为止。
与图8A至图8C所述的实施例相同,本实施例相较于图7C所述的传统技术,所克服的问题为(1)高固定成本,(2)高操作成本,以及(3)高安全风险。本实施例令固体出料不经累积,而是连续移出后真空缓冲区601至下游管路中,故可燃气体浓度不会累积升高于后真空缓冲区601内。另一方面,固体出料自后真空缓冲区601进到下游时,基本上已不夹带可燃气体(都被抽真空所移除),加上固体出料出口6031被固体出料堆积团块屏蔽,下游管路中即便有空气亦无法逆向进入后真空缓冲区601,因此固体出料自后真空缓冲区601输送出来后,可继续往前输送直至外界3001,不用担心空气逆行进入反应炉304产生危险。如此,则可安心于反应进行中仍持续出料。除非必要,例如岁修等特殊情况,本实施例不须停止反应,可持续进行出料操作。
请参见图8F与图8G,图8F绘示依据本发明一实施例的热裂解系统4100,图8G绘示依据本发明另一实施例的热裂解系统4200。热裂解系统3100与3200除引入后真空缓冲区601(包含其所有相关组件,如图8A至图8C中所述)外,其余可套用图1、图7A以及图7C至图7E所述的已知技术。于一实施例中,热裂解系统4100与4200各别包含至少两个或以上的后真空缓冲区601,以便于其中有些在维修时,以其他顶替,或是轮流出料以提升出料效率。热裂解系统4100与4200更可以选择性包含一固体出料冷却装置,设置于所述第二开口与大气环境间,其中所述固体出料冷却装置内含一冷却媒介,用以将所述第二开口完全包覆。此冷却媒介例如为水。
请参见图8H,绘示依据本发明又一实施例所述的热裂解系统4300。热裂解系统4300除引入后真空缓冲区601(包含其所有相关组件,如图8D与图8E中所述)外,其余可套用图1、图7A以及图7C至图7E所述的已知技术。于一实施例中,热裂解系统4300包含至少两个或以上的后真空缓冲区601,以便于其中有些在维修时,以其他顶替,或是轮流出料以提升出料效率。
请参见图8I与图8J,图8I绘示依照本发明再一实施例的热裂解系统4400,图8J绘示依照本发明另一实施例的热裂解系统4500。根据本发明实施例所建构的热裂解系统4400与4500,除引入后真空缓冲区601(包含其所有相关组件,如图8A至图8C中所述)外,其余可套用图1、图7B至图7E所述的已知技术。于一实施例中,热裂解系统4400与4500各别包含至少两个或以上的后真空缓冲区601,以便于其中有些在维修时,以其他顶替,或是轮流出料以提升出料效率。
参见图8K,绘示依照本发明又一实施例的热裂解系统4600。热裂解系统4600除引入后真空缓冲区601(包含其所有相关组件,如图3D与图3E中所述)外,其余可套用图1、图7B至图7E所述的已知技术。于一实施例中,热裂解系统4600包含至少两个或以上的后真空缓冲区601,以便于其中有些在维修时,以其他顶替,或是轮流出料以提升出料效率。
本发明中,抽真空口604可包含一或多个孔洞。多个抽真空口604可以不同方式排列于管路中,以达到最大抽气效率。参见图9A,绘示图8A中出料储存装置上抽真空口的一种排列方式的示意图。如图所示:(1)抽真空口604可为单个或多个;(2)抽真空口604可位于出料储存装置3053的顶面时或是侧边;(3)当位于顶面时,不可紧邻出料输送装置3501自上游输送固体出料进入出料储存装置3053的入口,于侧边时,需高于所设定的固体出料堆积团块的高度,以避免抽气时连带抽出固体出料。注意,图示标题“3053”所指,为出料储存装置3053的外壳(可为圆柱型或是方形,不做限制),因抽真空口604必定需于出料储存装置3031的外壳上形成开口。此外,出料储存装置3053的上下游所连接的出料输送装置3051并未于图内示出,以方便阅读。
请参见图9B与图9C,分别绘示图8C与图8D中出料输送装置上抽真空口的一种排列方式的示意图。如图所示:(1)抽真空口604可为单个或多个;(2)抽真空口604在出料输送装置3051上的排列方式,为环状、直列,或其组合。注意,图示标题“3051”所指,为出料输送装置3051的外壳(可为圆柱型或是方形,不做限制),因抽真空口604必定需于出料输送装置3051的外壳上形成开口。换句话说,图中所示的出料输送装置3051,应更包含内里所含的输送机构,例如螺旋输送机、输送带等(未示出于图中,以方便阅读)。
图9A至图9C中所述的抽真空口604,可实施于图8A至图8K所述的各别后真空缓冲区601及热裂解系统的实施例中。
本发明的某些实施例或相关变化,虽未特别用图标显示与对应说明,但可以摘要描述如下:一种热裂解系统,其包含反应炉以及用以将固体出料自反应炉输送至外界的固体出料模块。在此,固体出料模块的一端连接到反应炉而另一端有连接到外界的一第一开口。在此,在固体出料持续自反应炉经由固体出料模块被输送到外界的过程中,第一开口的大小使得固体出料经由第一开口离开固体出料模块的速率不大于固体出料自反应炉进入固体出料模块的速率。
这些实施例与相关变化中,第一开口的大小或为可以调整的,并且第一开口或可以位于固体出料模块的底部。
这些实施例与相关变化中,固体出料模块的外壳或可以更包含连接到一或多抽真空装置的一或多个孔洞,在此这些孔洞在固体出料模块外壳上的排列方式为环状、直列及其组合。并且,或可以至少一孔洞在固体出料模块外壳的位置不紧邻固体出料入口,也或可以至少一孔洞在固体出料模块外壳的位置在垂直方向高于固体出料于出料模块中的预计堆积高度。
这些实施例与相关变化中,这些抽真空装置的抽气速度或可以大于或等于随固体出料进入自反应炉进入固体出料模块的气体的流速。
这些实施例与相关变化中,或可以更包含一固体出料冷却装置,其或可以设置于固体出料模块与大气环境间并至少围绕固体出料模块中预计让固体出料堆积的部位,其也或可以位于反应炉与第一开口间,其也或可以围绕第一出口,其也或可以使用冷却媒介(像是水)来降低位于出固体出料模块内的至少固体出料的温度。
这些实施例与相关变化中,固体出料模块或可以更包含位于反应炉与第一开口间的一螺旋输送机,其是用以将来自反应炉的固体出料输送到第一开口。
这些实施例与相关变化中,固体出料模块也或可以更包含位于固体出料模块中用以堆积固体出料部分与第一开口间的一螺旋输送机,其用以将固体出料自固体出料模块中用以堆积固体出料的部分输送到第一开口。在此,螺旋输送机或可以连接到固体出料模块中用以堆积固体出料部分的底部。在此,螺旋输送机也或可以被一壳体所围绕,此壳体具有与固体出料模块中用以堆积固体出料部分连接的第二开口以及与外界连接的第一开口。在此,也或可以更包含位于第二开口与第一开口间的一固体出料冷却装置。
在此,围绕螺旋输送机的外壳或可以更包含连接到一或多抽真空装置的一或多个孔洞,在此这些孔洞在围绕螺旋输送机的外壳上的排列方式为环状、直列及其组合,而这些抽真空装置的抽气速度大于或等于随固体出料进入进入螺旋输送机的气体的流速。。
这些实施例与相关变化中,也或可以更包括连接至反应炉的一固体出料入口,在此固体出料入口的大小用以阻挡固体出料自反应炉进入固体出料模块的流速。
虽然本发明已以多个实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。任何熟习此技艺者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种更动与润饰,因此本发明的保护范围当视权利要求书中所界定者为准。
Claims (7)
1.一种热裂解系统,其特征在于,包含:
一反应炉;
一进料模块,用以将进料自外界输送至所述反应炉,其中,所述进料模块分为含有一强制输送装置的一输送段以及为一中空腔室的一非输送段,所述输送段与所述非输送段彼此紧邻并相通,并且所述强制输送装置将进料于输送段朝向某设定方向输送但不会输送进料至所述非输送段中;
一加热装置,用以在进料于所述输送段被输送的过程中加热进料,以使得进料被转变为熔融状态,据此令进料中的固体碎片彼此连结起来成为连续态,而关闭碎片间隙,迫使存在碎片间隙中的空气也彼此聚集成为较大的气泡;所述进料的熔融程度选择为:所述熔融状态的进料堵塞住所述输送段,以阻挡后续伴随所述进料进入所述输送段的空气继续前进;以及
至少一抽真空口,所述抽真空口的位置沿所述进料模块输送进料的方向上进料开始变成熔融状态处,或是进料开始变成熔融状态处的下游,借此,存在熔融态进料中的较大气泡生成后得以就近从抽真空口被移除;
其中,该至少一抽真空口设置于所述非输送段,並连结至一抽真空装置,以便于自非输送段内抽气,由于输送段与非输送段彼此相通,输送段内熔融状态的进料所含气泡的气体可流至非输送段,但是进料不会到达非输送段。
2.如权利要求1所述的热裂解系统,其特征在于,所述加热装置选自下列中的一者:
所述反应炉的反应炉加热装置;
位于所述反应炉外部的预热装置;以及
位于所述进料模块外部的预热装置。
3.如权利要求1所述的热裂解系统,其特征在于,所述强制输送装置包含:
一第一子进料输送装置;与
一第二子进料输送装置,其接收第一子进料输送装置所输送的进料;其中,第一子进料输送装置与第二子进料输送装置输送进料的输送方向不同,且第一子进料输送装置与第二子进料输送装置以一角度相交。
4.如权利要求3所述的热裂解系统,其特征在于:在第一子进料输送装置与第二子进料输送装置的相交处附近设置一第一中空腔室。
5.如权利要求1所述的热裂解系统,其特征在于,所述强制输送装置包含:
一第一子进料输送装置;
一第二子进料输送装置,其接收第一子进料输送装置所输送的进料,其中,第一子进料输送装置与第二子进料输送装置输送进料的输送方向不同,且第一子进料输送装置与第二子进料输送装置以一角度相交;与
一第三子进料输送装置,其接收第二子进料输送装置所输送的进料,其中,第二子进料输送装置与第三子进料输送装置输送进料的输送方向不同,且第二子进料输送装置与第三子进料输送装置以另一角度相交。
6.如权利要求5所述的热裂解系统,其特征在于,在第一子进料输送装置与第二子进料输送装置的相交处附近设置一第一中空腔室,在第二子进料输送装置与第三子进料输送装置的相交处附近设置一第二中空腔室。
7.如权利要求1所述的热裂解系统,其特征在于:该固体选自下列之一或其组合:废橡胶、废塑料。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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TA01 | Transfer of patent application right | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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